桥梁下部结构选型与设计
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作者: 吴鹏飞
摘 要：桥梁下部结构是桥梁整体的重要组成部分，因此，下部结构的选型与设计直接关系到整个桥梁工程的造价、周期和质量。为了充分保障通行车辆人员的安全，需要选择合理的下部结构形式，并在设计上下功夫。
关键词：桥梁；下部结构；选型；设计
0 前言
随着经济建设力度的加大，桥梁建设规模也越来越大，并在交通运输中发挥重要的作用，在整个桥梁工程中，下部结构起着重要的支撑作用，因此，其结构选型与设计到位与否，直接关系到桥梁的稳定性和正常使用。本文将简单叙述几种常见的桥梁下部结构，并在此基础上其选型与设计重点。
1 桥梁下部结构选型
桥梁下部结构指上部结构与地基之间的连接部分，负责传递由上至下的负荷，在下部结构选型与设计过程中，首先需要考虑的问题就是地质结构、水文流速、河床性质等因素对下部结构的影响，桥梁下部结构选型的主要依据即是上述影响因素。
1.1 桥台
桥台结构形式分为轻型桥台、埋置式桥台、钢筋混凝土薄壁桥台三种。轻型桥台台身为直立的薄壁墙，两侧有挡墙，其最大的特点是体积小，比较适合小跨径桥梁，可与轻型桥墩搭配使用，常见的稳定方法是在桥台下部设置钢筋混凝土支撑梁，利用锚栓连接上部结构与桥台，形成一个四铰框架系统。埋置式桥台主体所承受的土压最小，台身由混凝土和片石组成，适用于路基填土高度大于5m的桥梁，可以将台身埋进锥形护坡内来增强稳定性[1]。钢筋混凝土薄壁桥台构造最为复杂，施工难度也最大，钢筋用量较多，适用于填土较低或河床较窄的软底地基，一般通过在竖直小墙和扶壁之间设置台顶，并将其作为桥梁支撑结构。
1.2 桥墩
桥墩结构形式分为轻型桥墩和重力式桥墩两种，轻型桥墩又可分为构架式桥墩、空心桥墩、桩柱式桥墩、薄壁式桥墩四种，这四种轻型桥墩的最大特点是基础工作量小，施工进度较快，但是适用的桥梁类型不同。构架式桥墩对地基的要求较小，适合的范围也较宽，空心桥墩表面与重力桥墩类似，是一种中空的桥墩种类，主要适用于高桥梁建设，桩柱式桥墩为就地灌注混凝土而成，施工难度较小，薄壁式桥墩借助桥跨结构来连接刚性桥墩与柔性桥墩，并以此形成一种相对静定的结构，此时的刚性桥墩能够承受大部分的水平力，并改善柔性桥墩的受力。重力式桥墩多为实体结构，钢筋用量较少，不适合水流流速较大或泥沙含量较多的河流[2]。
2 桥梁下部结构设计
下部结构选型确定后，下一步的设计重点就是计算，包括盖梁内力计算、桥台内力计算、桥墩内力计算。
2.1 盖梁内力计算
如果桥梁荷载是对称布置的，一般按照杠杆原理进行内力计算，如果桥梁荷载是非对称布置（偏心布置）的，则需要依据偏心受压原理进行内力计算，不论是何种计算方式，都需要取最大值进行控制涉及，这两种算法仅是不同布载状况下的内力计算，并不涉及不利状况下的内力计算[3]。
2.2 桥台内力计算
桥台内力计算除了需要考虑与桥墩的相似受力外，还要考虑竖向荷载土压、搭板自重、负摩阻力等，因此，设计计算时需要注意以下几点：（1）软土地基上带基桩的钢筋混凝土薄壁桥台内力计算需按照深层考虑分析；（2）软基路段桥台应当尽量与路线呈正交形式分布，并在合理的位置设置伸缩缝，缩短受拉区长度，控制台身的竖向裂缝和斜向裂缝。计算埋置式桥台土压力时一般是从冲刷线起，对于土质较差的情况，需要反复验算，确定深层土对桩水平力的影响。当桥头路基出现沉降或滑动时，需要另外进行验算，这是因为路基沉降过大会加大竖向土压力的负摩阻力，造成桩基开裂或不均匀下沉，最终导致路基失稳，此外，路基滑动会使桥台承受更多的水平土压力，并远远超过计算值，对于处于填沟段或路基附近有沟壑的桥台，需要尤其注意滑动验算[4]。
2.3 桥墩内力计算
桥墩墩桩顶的最大竖向力计算比较简单，重点和难点集中在水平力计算方面，一般需要运用集成刚度法原理进行计算，也就是将多种水平力在全联墩台上进行分配，最后根据弯矩、对应竖向力进行截面内力计算，这里的水平力涵盖桥面汽车制动力、梁体混凝土收缩、徐变等产生的水平力。
3 桩筋及桩长设计注意事项
3.1 桩基截面配筋
理论上应当根据桩内弯矩包络图进行桩基面配筋计算和布置，一般是在最大弯矩处配筋，并从桩顶一直延伸到弯矩一般以上长度位置看，其余部分为混凝土，如果是软基，桩主基需要穿过软土层。
3.2 软土地质条件下的桥梁桩基计算
如果桥梁桩基所在区域为软土地质环境，则不能简单的按照常规方法进行计算，需要结合实际受力特点进行分析，并采用“假设有效桩长”的计算方法进行计算，对于软土地质条件，应当谨慎采用最大弯矩配筋方法，以免位置判断错误，导致配筋长度不符[5]。
3.3 特殊环境下的计算
如果桩基变形较大，需要考虑桩土的受力特点，分析桩基受力模式时，应当结合整体体系进行计算。山岭重丘区的桥墩多裸露于陡边坡上，桩基多嵌入岩土中，计算嵌岩深度时需要分析有效的嵌岩深度和受力所需的水平宽度，只有综合考虑嵌岩作用的影响因素才能确保结构的安全性和经济性。
4 结语
在桥梁设计过程中，下部结构选型和设计方案是两项重点内容，对整个桥梁建设质量的影响较大。在确定桥梁下部结构形式时，应当注重符合工程实际需求，并遵循安全耐用的原则，尽量选择工程造价低、维护简便的下部结构形式。下部结构设计时，应当结合当地的水文、地质条件，并考虑温度和地震等外界因素的影响作用，只有善于总结经验，敢于创新，才能不断提高桥梁下部结构设计质量和使用效果。
参考文献：
[1]王淑涛，赵乐，徐亮.抗震新理念下常规桥梁下部结构优化设计探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2012（06）：346-349.
[2]刘海峰，毛小东，李清朋.第十三届冬运会速滑馆屋盖结构选型与设计[J].建筑结构，2013（S1）：305-310.
[3]张炜煌.超深基槽重力式码头结构选型与设计关键技术[J].水运工程，2014（04）：52-56.
[4]胡文军，李华云，肖海珠.基于考虑无缝线路轨道力的铁路桥梁下部结构刚度控制研究[J].高速铁路技术，2015（01）：32-37.
[5]崔如平，崔焕杰.基于公路桥梁下部结构施工技术的探讨[J].企业技术开发，2015（06）：157-158.
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